無損聲波測試(CT)技術(shù)對防滲墻結(jié)合部位質(zhì)量檢測的應(yīng)用分析

崔德浩

(深圳市東江水源工程管理處， 廣東 深圳 518122)

無損聲波測試(CT)技術(shù)對防滲墻結(jié)合部位質(zhì)量檢測的應(yīng)用分析

崔德浩

(深圳市東江水源工程管理處， 廣東 深圳 518122)

水庫堤壩防滲墻的質(zhì)量對于壩體的防滲及穩(wěn)定具有重要的影響，特別是結(jié)合部位施工質(zhì)量是防滲墻質(zhì)量控制的難點，傳統(tǒng)的鉆孔抽芯方法不可避免地存在“一孔之見”問題，其結(jié)果帶有一定的局限性與偶然性。松子坑水庫除險加固防滲墻工程在傳統(tǒng)鉆孔取芯基礎(chǔ)上采用了無損聲波測試(CT)技術(shù)對松子坑水庫1號壩防滲墻部分施工槽段結(jié)合部質(zhì)量進(jìn)行檢測，并和傳統(tǒng)的鉆孔取芯方法結(jié)論做了實際對比，本文就此技術(shù)在防滲墻質(zhì)量檢測中的應(yīng)用進(jìn)行闡述。

水庫堤壩； 防滲墻； 無損聲波測試

1 前 言

水庫堤壩防滲墻的施工質(zhì)量對于壩體的防滲及穩(wěn)定具有重要的影響，防滲墻施工過程中受外界條件影響較大，因此混凝土防滲墻(剛性)不可避免地會出現(xiàn)不同施工槽段質(zhì)量接合不好、墻體連續(xù)性差、墻體底部沉渣過厚、墻體嵌入基巖深度不夠、墻體夾泥、離析蜂窩、澆注不連續(xù)而產(chǎn)生裂縫等質(zhì)量問題。同時防滲墻施工過程中，混凝土是泥下澆注，容易出現(xiàn)塌槽、墻體含泥量大等質(zhì)量隱患，因此，如何對防滲墻進(jìn)行有效的質(zhì)量檢測，及時探測墻體中潛在質(zhì)量隱患，采取有效的補救措施，對水庫的竣工驗收和安全運行具有重要的意義。傳統(tǒng)的鉆孔抽芯方法不可避免地存在“一孔之見”問題，其結(jié)果帶有一定的局限性及偶然性。同時，抽芯檢測也嚴(yán)重依賴鉆探質(zhì)量，如：孔鉆傾斜、取芯質(zhì)量差都會影響防滲墻檢測質(zhì)量。為此，松子坑除險加固工程項采用無損的聲波測試(CT)技術(shù)對松子坑水庫1號壩防滲墻部分施工槽段結(jié)合部質(zhì)量進(jìn)行檢測。

2 傳統(tǒng)鉆孔取芯檢測法

鉆孔取芯法是檢查防滲墻墻體質(zhì)量的一種原始、常規(guī)的檢測方法，一方面檢查混凝土芯中有無裂縫、夾泥、混漿等質(zhì)量問題，另一方面對混凝土芯樣的密度、抗壓強度、抗拉強度、彈性模量、抗?jié)B指標(biāo)等物理力學(xué)性能進(jìn)行試驗，是一種精度和準(zhǔn)確度最高的檢測方法。但鉆孔取芯法存在破壞性強、抽樣數(shù)量少、代表性差、費用高、檢測速度慢等問題；且因而對鉆芯位置的選擇及鉆芯數(shù)量等均受到一定限制，而且它所代表的區(qū)域也是有限的；由于鉆孔孔徑相對于樁截面積很小,對于大樁鉆孔截面積不到樁截面積的1%，對非全斷面甚至是較嚴(yán)重的離析也可能出現(xiàn)遺漏而觀察不到,而對有些局部輕微缺陷其占整個斷面的比例很小,但鉆孔恰好從其中穿過時可能會夸大缺陷的嚴(yán)重性,特別是當(dāng)鉆孔布置在軸線上時,由于施工過程中中心導(dǎo)管上拔時容易造成沿軸線分布的局部離析,使抽芯取不到芯樣被誤判為嚴(yán)重離析或斷樁；此外，鉆芯法檢測樁身混凝土質(zhì)量的方法屬于局部破損檢測法，當(dāng)樁身混凝土局部強度過低或混凝土膠結(jié)較差時，鉆芯過程中容易破壞砂漿與粗骨料之間的黏結(jié)力，影響檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性只能反映鉆孔范圍內(nèi)的小部分混凝土質(zhì)量，不宜作為大面積檢測方法。

3 壩體防滲墻設(shè)計及抽檢部位

1號壩體局部采用C15W8普通混凝土防滲墻處理，處理范圍A0+000～A0+210及A0+514.05～A0+666，總長度361.95m，成墻面積6370m2。防滲墻軸線布置在壩軸線上游側(cè)2.60m處，防滲墻設(shè)計厚度為0.8m，墻頂高程為67.00m。抽檢部位包括20～21槽段結(jié)合部、19～20槽段結(jié)合部、17～18槽段結(jié)合部、16～17槽段結(jié)合部、14～15槽段結(jié)合部、13～14槽段結(jié)合部質(zhì)量，共6個CT剖面，完成射線13256對。

4 無損超聲波檢測技術(shù)原理及工作方法

4.1 技術(shù)原理

聲波CT是利用聲波穿透工程介質(zhì)，通過聲波走時和能量衰減的觀測對工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行成像。聲波在穿透工程介質(zhì)時，其速度快慢與介質(zhì)的彈性模量、剪切模量、密度有關(guān)。介質(zhì)密度大、強度高的其模量大、波速高、衰減??；破碎疏松介質(zhì)的波速低、衰減大；波速可作為混凝土強度和缺陷評價的定量指標(biāo)。

4.2 工作方法

在外業(yè)數(shù)據(jù)采集時，采用一孔發(fā)射-接收換能器，即在一孔中發(fā)射聲波振源，在另一孔中接收通過巖體介質(zhì)傳播而來的聲波信號，每兩孔組成一對聲測剖面。將發(fā)射換能器定在孔口，接收換能器從孔口至孔底觀測一遍，然后把發(fā)射換能器下降0.5m，接收換能器再重復(fù)上述工作，直到發(fā)射換能器下到孔底為止，接收換能器的點距為0.5m。經(jīng)過上述工作獲得1對剖面的聲波走時資料，觀測系統(tǒng)如圖1所示。遇異常段進(jìn)行加密測試，加密段點距為0.25m。利用奧成科技提供的聲波CT軟件對實測資料進(jìn)行反演處理，做出波速色譜成果圖。VP值偏低就表明在該施工槽段結(jié)合部相應(yīng)深度處存在缺陷。

圖1 觀測系統(tǒng)

4.3 檢測儀器

松子坑水庫除險加固工程防滲墻無損聲波測試采用的聲波測試儀器是武漢某公司生產(chǎn)的RS-ST01C型非金屬聲波檢測儀(見圖2)，其主要工作參數(shù)為聲時測讀精度±0.1s；發(fā)射電壓1000V；發(fā)射寬度40s；采樣間隔2s；觸發(fā)方式單發(fā)；頻帶寬度10～3kHz；輸入噪音小于1mV。

圖2 RS-ST01C型非金屬聲波檢測儀

發(fā)射換能器是奧成科技研制生產(chǎn)的稀土超磁致伸縮井間震源(HX-GMM-S60C)。

4.4 工作內(nèi)容及鉆孔布置

根據(jù)《水利水電工程物探規(guī)程》(SL 326—2005)4.13節(jié)的要求：在待檢防滲墻槽段結(jié)合部布置聲波CT剖面。合理布置鉆孔(布置要求：在結(jié)合部向小里程方向1～2m、向大里程方向1～2m處各布設(shè)1個鉆孔，且相互平行)，采用聲波CT測試技術(shù)進(jìn)行檢測，檢出各槽段結(jié)合部可能存在的缺陷(如空洞、夾泥及松散區(qū)等)。具體布置如下：

a. 20～21槽段結(jié)合部布置聲波CT1剖面(ZK1—ZK2),孔間距3m，剖面深度17m，測點間距按《水利水電工程物探規(guī)程》要求取為0.5m，計17/0.5×17/0.5=28×28=1156個射線對。

b. 19～20槽段結(jié)合部布置聲波CT2剖面(ZK3—ZK4),孔間距3m，剖面深度18m，測點間距0.5m，計36×36=1296個射線對。

c. 17～18槽段結(jié)合部布置聲波CT3剖面(ZK5—ZK6)，孔間距3m，剖面深度21m，測點間距0.5m，共計42×42=1764個射線對。

d. 16～17槽段結(jié)合部布置聲波CT4剖面(ZK7—ZK8)，孔間距3m，剖面深度24m，測點間距0.5m，共計48×48=2304個射線對。

e. 14～15槽段結(jié)合部布置聲波CT5剖面(ZK9—ZK10)，孔間距3m,剖面深度28m,測點間距0.5m,共計56×56=3136個射線對。

f. 13～14槽段結(jié)合部布置聲波CT6剖面(ZK11—ZK12)，孔間距3m，剖面深度30m，測點間距0.5m，共計60×60=3600個射線對。

4.5 成果分析及檢測結(jié)論

測試過程中，針對聲波波速曲線的突變點和畸變線段、波速低值異常部位及重要測段進(jìn)行重復(fù)觀測讀數(shù)，重復(fù)讀數(shù)段總長12m，其重復(fù)觀測數(shù)據(jù)與原測數(shù)據(jù)平均相對誤差在2.7%以下(規(guī)程規(guī)定應(yīng)小于5%)，符合《水利水電工程物探規(guī)程》(SL 326—2005)相關(guān)要求，說明原測資料準(zhǔn)確可靠。

利用奧成科技提供的聲波CT軟件對實測資料進(jìn)行反演處理，做出色譜成果圖。在充分了解施工工藝、施工過程記錄的基礎(chǔ)上，將聲波CT結(jié)果出現(xiàn)地質(zhì)異常的聲波波速低值區(qū)定為施工槽段結(jié)合部缺陷，依據(jù)聲波波速值變化情況辨別缺陷類型。聲波對穿曲線如圖3所示。

結(jié)合防滲墻混凝土設(shè)計標(biāo)號為C15的情況，統(tǒng)計分析該次聲波CT檢測成果，確定聲波波速低于2.8km/s為施工槽段結(jié)合部缺陷。從聲波對穿曲線圖和聲波CT透視成果圖可以看出：CT1剖面鉆孔ZK1一側(cè)0～1m孔深聲波速度低于2.8km/s推斷為低強度區(qū)，孔深17～18.5m聲波速度低于2.8km/s推斷為蜂窩低強度區(qū)，靠近孔壁附近存在一離析、蜂窩缺陷低強度區(qū)，鉆孔揭示骨料分布不均，有麻面小溝槽；CT1剖面鉆孔ZK2一側(cè)0～0.6m孔深聲波速度低于2.8km/s推斷為低強度區(qū)，可能為施工中振搗不夠充分或墻頂局部含泥量偏高所致；CT2—CT6剖面聲波速度高于2.8km/s推斷防滲墻滿足設(shè)計要求，如圖4所示。由此判斷除CT1剖面局部存在缺陷外，其他剖面沒有發(fā)現(xiàn)缺陷，防滲墻施工槽段結(jié)合部質(zhì)量達(dá)到設(shè)計要求。

圖4 聲波CT透視成果

5 傳統(tǒng)取芯檢測和無損聲波檢測(CT)結(jié)果對比

松子坑水庫除險加固工程1號壩防滲墻的10個槽段共30個檢查孔的鉆孔抽芯檢測結(jié)論： 5號、25號、38號、41號槽段墻身混凝土芯樣完整性類別為Ⅰ類；14號、17號、20號、30號、47號槽段墻身混凝土芯樣完整性類別為Ⅱ類；9號槽段墻身混凝土芯樣完整性類別為Ⅲ類，檢測結(jié)果滿足設(shè)計和規(guī)范要求。CT檢查結(jié)果與鉆孔取芯檢查結(jié)果有較好的一致性，但是經(jīng)無損聲波檢測發(fā)現(xiàn)CT1剖面局部存在離析、蜂窩缺陷低強度區(qū)，鉆孔揭示為骨料分布不均，有麻面小溝槽，施工單位對此部位采取了灌漿處理措施，杜絕了防滲墻質(zhì)量隱患。

6 結(jié) 語

無損聲波測試(CT)技術(shù)檢測對比傳統(tǒng)鉆孔取芯檢測有直觀圖像、信息量豐富、適用性強的特點，且成像技術(shù)對探測混凝土防滲墻中的離析、裂紋等低速缺陷具有明顯的效果，檢測結(jié)果相對準(zhǔn)確，解決了傳統(tǒng)的鉆孔抽芯方法“一孔之見”問題，特別是對防滲墻施工槽段結(jié)合部位進(jìn)行了全面直觀的檢測，杜絕了傳統(tǒng)鉆孔取芯方法不能發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量隱患，對工程的竣工驗收和水庫的安全運行有重要的實際意義。

Analysis on applying non-destructive acoustic testing (CT) technique in quality test of cutoff wall binding site

CUI Dehao

(Shenzhen Dongjiang Water Source Engineering Administration, Shenzhen 518122, China)

The quality of the reservoir dam cut-off wall has important influence on anti-seepage and stability of the dam, especially the construction quality of the binding site which is a difficulty to control cutoff wall quality. Traditional drilling core pulling method inevitably leads to the problem of ‘peep-hole view’. The result has some limitations and contingency. In Songzikeng Reservoir Risk Removal and Reinforcement Cutoff Wall Project, non-destructive acoustic testing (CT) technique is adopted for testing the quality of the binding site in the cutoff wall construction part construction slot of Songzikeng Reservoir No.1 dam. The technique is practically compared with traditional drilling core pulling method. In the paper, the application of the technique in cutoff wall quality test is described.

reservoir dam; cutoff wall; nondestructive acoustic test

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.08.018

TV523

A

1005-4774(2017)08- 0067- 05